CN107060587A - 一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗及其使用方法。该双层窗由新型光伏玻璃、可调角度通风百叶和可开闭内窗组成；新型光伏玻璃由被切割成条状的晶体硅电池片按间距串联或并联形成光伏串与透明玻璃和PVB膜经层压形成；可开闭内窗可以开启或关闭以实现通风及被动采暖的功能。本发明还包括可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗的使用方法。本发明采用被切割成条状的晶体硅电池片，具有发电效率高，可见光透过率高，以及视觉效果好的优点，同时具有可在夏季降低太阳得热，冬季实现被动采暖的功能，此外通过合理调节控制通风百叶的角度，可以最大限度的为室内提供照明和通风效果。本发明具有充分利用太阳能光伏光热和自然采光，从而实现节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，尤其涉及一种光伏建筑一体化系统中的一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗及其使用方法。
背景技术
窗户是建筑不可或缺的一部分，然而由于窗户的传热系数是墙体的几倍，夏季通过窗户进入室内的热量和冬季通过窗户散失的热量均很大。开发高效节能的窗户是建筑节能的一个有效的手段。太阳能光伏窗通过将光伏材料和玻璃结合，在实现自身产生电力的同时还可以实现建筑节能目的。
现阶段光伏玻璃主要有三种制作方法。第一种依靠电池材料本身透明的非晶硅薄膜。然而非晶硅薄膜的透过率较低，通常只有5%，这种光伏玻璃通常无法达到室内照明的要求并且室外景象遮挡严重。第二种通过激光把非晶硅薄膜切开从而提高光伏玻璃的透过率。与第一种光伏玻璃相比，这种光伏玻璃的透过率较高，且可以通过调整非晶硅面积达到任意透过率。然而由于非晶硅薄膜的光电转换效率偏低，这种光伏玻璃的发电效率很低。第三种采用晶体硅。由于晶体硅不透明，这种光伏玻璃将多个整块的晶体硅电池片按队列夹在玻璃之间，从而在没有电池片的地方透过阳光。由于整块的晶体硅电池片的标准尺寸大小为156x156 mm2，所以这种光伏玻璃虽然发电效率较高，但有透光不均匀，影响室外景象等缺点。
另外光伏窗在使用过程中，发电效率会随着温度的升高而降低。在夏季晴朗天气下，高的光伏窗温度不仅会影响光伏发电量，而且高温会导致进入室内的热量增大，使建筑冷负荷增大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、基于高透过率的光伏玻璃的能有效利用光伏窗热量的太阳能双层窗及其使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，包括新型光伏玻璃，新型光伏玻璃的上方和下方均设有可调角度通风百叶，新型光伏玻璃内侧设有可开闭内窗。所述可开闭内窗包括窗框和窗叶，窗框和窗叶活动连接。窗框位于新型光伏玻璃和窗叶之间。新型光伏玻璃包括光伏串、两PVB膜和两透明玻璃本体，光伏串设于两PVB膜之间，两透明玻璃本体分别设于两PVB膜外侧。光伏串、两PVB膜和两透明玻璃本体通过层压形成一体式结构；光伏串由条状的晶体硅电池片串联或并联形成，各条状晶体硅电池片等间距设置。也就是说，各条状晶体硅电池片之间的间隙均匀分布。
窗叶与新型光伏玻璃平行设置。新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶和新型光伏玻璃均设于同一竖直平面内。新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶和可开闭内窗的窗叶均关闭时，新型光伏玻璃、可调角度通风百叶、可开闭内窗的窗叶、窗框共同形成一个封闭空间。
进一步，窗框和窗叶通过转轴活动连接。窗叶通过转轴实现开闭的功能。
新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启、可开闭内窗的窗叶关闭时，新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶为空气入口，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶为空气出口。
新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启、可开闭内窗的窗叶关闭时，平行设置的窗叶与新型光伏玻璃之间形成通风流道，在通风流道内上下温差导致的热虹吸力作用下，温度较低的空气从新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶，进入平行设置的窗叶与新型光伏玻璃形成的通风流道中，所以新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶为空气入口。温度较低的空气从空气入口进入平行设置的窗叶与新型光伏玻璃形成的通风流道中后，在通风流道内温度升高，产生由下向上的热运动，从新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶将通风流道内的热空气排到室外，所以新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶为空气出口。
进一步，条状的晶体硅电池片由整块的晶体硅电池片切割而成。各条状的晶体硅电池片之间的间隙大小可根据室内照度的需要调节。整块的晶体硅电池片可为具有标准尺寸大小的整块晶体硅电池片。
进一步，新型光伏玻璃上设有可视区，光伏串的表面积小于PVB膜的表面积，透明玻璃本体的表面积与PVB膜的表面积相同，光伏串设于可视区外周。也就是说，可视区内未设置光伏串，以利于保持室外景象的可视效果。
进一步，可视区可设于新型光伏玻璃上部、中部或下部。
可开闭内窗的窗叶可以开启或关闭，以满足自然通风或被动采暖的需求。
新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶，可按需要开启或关闭，以达到自然通风或增加热阻的目的。
新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶，可按采光需要和通风需求调节角度，以满足自然采光的需求。
由于非晶硅的光电转换效率远低于晶体硅，因此在相同面积光伏串的情况下，晶体硅的发电能力高于非晶硅。本发明中采用晶体硅电池片，首先根据室内照明或用户要求等将大尺寸晶体硅电池片(即整块的晶体硅电池片)切割成不同长宽的条状的晶体硅电池片，然后将条状的晶体硅电池片按间距串联或并联形成需要的电压和电流，最后将连接好的条状的晶体硅电池串嵌入透明玻璃和PVB膜层压，从而得到高透过率的新型光伏玻璃。这种光伏玻璃不仅有透过率高且均匀的特点，而且有较高的发电效率。高透过率通过可视区及各条状的晶体硅电池片之间均匀分布的间隙实现。均匀性主要由各条状的晶体硅电池片和间隙均匀交错布置实现。由于晶体硅电池的效率较高，各条状的晶体硅电池片之间的间隙大小可根据室内照度的需要调节。通过在新型光伏玻璃设置可视区，不遮挡室外景象，以利于提高新型光伏玻璃的视觉效果。通过将新型光伏玻璃和可开闭内窗组合形成可开闭晶体硅太阳能双层窗。夏季关闭可开闭内窗的窗叶和开启可调角度通风百叶，形成通风流道降低光伏玻璃温度，降低进入室内的热量。而在冬季晴朗天气打开可开闭内窗的窗叶和关闭可调角度通风百叶，利用光伏玻璃产生的热量，从而降低室内负荷，达到节能的目的。可调节角度的通风百叶可以根据太阳的位置调节进入室内的阳光，尽量满足室内照明的需要。
一种如前所述新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗的使用方法，包括如下四种工作模式：
（a）夏季晴朗天气下，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启, 可开闭内窗的窗叶关闭，由于可开闭内窗的窗叶与新型光伏玻璃平行，新型光伏玻璃和可开闭内窗的窗叶之间形成通风流道。由于风压和热压(即热虹吸力)的作用，空气从新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶进入，经通风流道后从新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶流出，从而带走光伏玻璃产生的热量，一方面降低光伏玻璃的温度，提高光伏玻璃的发电效率，另一方面可以减少室内得热，降低空调冷负荷。
（b）冬季晴朗天气下，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均关闭，可开闭内窗的窗叶打开。光伏玻璃产生的热量通过辐射和对流向室内传递，从而降低室内热负荷并提高室内舒适度。同时利用光伏玻璃产生的电量和光热产生的热量，从而增加太阳辐射的利用率。
（c）夜晚及冬季阴雨天气，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均关闭, 可开闭内窗的窗叶亦关闭。新型光伏玻璃、可调角度通风百叶、可开闭内窗的窗叶、窗框共同形成的封闭空间（也称中间空气层）起到热阻的作用，从而减少夏季夜晚向室内传递的热量和冬季夜晚或阴雨天向室外传递的热量，降低室内冷热负荷，减小空调能耗。
（d）过渡季节，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启, 可开闭内窗的窗叶亦开启。过渡季节需要充分利用外界新风为室内通风换气。此时在光伏玻璃热压的驱动下，充分利用外界新风为室内通风换气，满足人体热舒适和呼吸新鲜空气的需要。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明使用切割成条状的晶体硅电池片，发电效率高。条状的晶体硅电池片等间距设置，即条状晶体硅与空隙分布均匀，形成的新型光伏玻璃透过率高，可以方便的看到室外景观，保持室内和室外的视觉联系；通过可开闭内窗，可以在夏季降低进入室内的热量，同时避免玻璃过热引起的不舒适感，冬季充分利用光伏玻璃产生的热量，加热室内空气，从而降低室内冷热负荷；通过合理控制通风百叶的角度，可以尽量利用阳光为室内提供照明。
本发明结构简单，太阳能双层窗具有发电效率高，透过率高，室外景观好，降低室内冷热负荷，充分利用阳光提供照明，节能环保等优点。
附图说明
图1为本发明太阳能双层窗的结构示意图(由内向外视图)。
图2为本发明新型光伏玻璃结构示意图。
图3为本发明的运行模式示意图。
图4为本发明通风百叶采光效果示意图。
图中：1——新型光伏玻璃；1-1——光伏串；1-2——PVB膜；1-3——透明玻璃本体；2——新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶；3——新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶；4——可开闭内窗的窗叶；5——可开闭内窗的窗框；6——转轴；7——条状的晶体硅电池片之间的空隙；8——可视区；9——整块的晶体硅电池片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，包括新型光伏玻璃1，新型光伏玻璃1的上方设有可调角度通风百3，新型光伏玻璃1的下方设有可调角度通风百叶2，新型光伏玻璃1内侧设有可开闭内窗。所述可开闭内窗包括窗框5和窗叶4，窗框5和窗叶4活动连接。窗框5位于新型光伏玻璃1和窗叶4之间。可调角度通风百叶2、3通过旋转根据需要调整与水平面之间的夹角。
窗叶4与新型光伏玻璃1平行设置。新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2和新型光伏玻璃1均设于同一竖直平面内。新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2和可开闭内窗的窗叶4均关闭时，新型光伏玻璃1、可调角度通风百叶2、3、可开闭内窗的窗叶4、窗框5共同形成一个封闭空间。
窗框5和窗叶4通过转轴6活动连接。窗叶4通过转轴6实现开闭的功能。
新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均开启、可开闭内窗的窗叶4关闭时，新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2为空气或自然风入口，新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3为空气或自然风出口。
新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均开启、可开闭内窗的窗叶4关闭时，平行设置的窗叶4与新型光伏玻璃1之间形成通风流道，在通风流道内上下温差导致的热虹吸力作用下，温度较低的空气从新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2，进入平行设置的窗叶4与新型光伏玻璃1形成的通风流道中，所以新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2为空气入口。温度较低的空气从空气入口进入平行设置的窗叶4与新型光伏玻璃1形成的通风流道中后，在通风流道内温度升高，产生由下向上的热运动，从新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3将通风流道内的热空气排到室外，所以新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3为空气出口。
参照图2，新型光伏玻璃1包括光伏串1-1、两PVB膜1-2和两透明玻璃本体1-3，光伏串1-1设于两PVB膜1-2之间，两透明玻璃本体1-3分别设于两PVB膜1-2外侧。光伏串1-1、两PVB膜1-2和两透明玻璃本体1-3通过层压形成一体式结构。
新型光伏玻璃1上设有可视区8，光伏串1-1的表面积小于PVB膜1-2的表面积，透明玻璃本体1-3的表面积与PVB膜1-2的表面积相同，光伏串1-1设于可视区8外周。也就是说，可视区8内未设置光伏串1-1，以利于保持室外景象的可视效果。
可视区8可设于新型光伏玻璃1上部、中部或下部。
光伏串1-1由条状的晶体硅电池片串联或并联形成，各条状晶体硅电池片等间距设置。各条状的晶体硅电池片之间存在空隙7。各条状的晶体硅电池片之间的间隙7均匀分布。各条状的晶体硅电池片之间的间隙大小可根据室内照度的需要调节。条状的晶体硅电池片由整块的晶体硅电池片9切割而成。
参照图3，一种如前所述新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗的使用方法，包括如下四种工作模式：
（a）夏季晴朗天气下，新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均开启, 可开闭内窗的窗叶4关闭，由于可开闭内窗的窗叶4与新型光伏玻璃1平行，新型光伏玻璃1和可开闭内窗的窗叶4之间形成通风流道。由于风压和热压(即热虹吸力)的作用，空气从新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶3进入，经通风流道后从新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶2流出，从而带走光伏玻璃1产生的热量，一方面降低光伏玻璃1的温度，提高光伏玻璃1的发电效率，另一方面可以减少室内得热，降低空调冷负荷。
（b）冬季晴朗天气下，新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均关闭，可开闭内窗的窗叶4打开。光伏玻璃1产生的热量通过辐射和对流向室内传递，从而降低室内热负荷并提高室内舒适度。同时利用光伏玻璃1产生的电量和光热产生的热量，从而增加太阳辐射的利用率。
（c）夜晚及冬季阴雨天气，新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均关闭, 可开闭内窗的窗叶4亦关闭。新型光伏玻璃1、可调角度通风百叶2、3、可开闭内窗的窗叶4、窗框5共同形成的封闭空间（也称中间空气层）起到热阻的作用，从而减少夏季夜晚向室内传递的热量和冬季夜晚或阴雨天向室外传递的热量，降低室内冷热负荷，减小空调能耗。
（d）过渡季节，新型光伏玻璃1上方的可调角度通风百叶3、新型光伏玻璃1下方的可调角度通风百叶2均开启, 可开闭内窗的窗叶4亦开启。过渡季节需要充分利用外界新风为室内通风换气，满足人体热舒适和呼吸新鲜空气的需要。
如图4所示，本发明通过调节可调角度通风百叶2、3角度达到充分利用阳光为室内提供照明的目的。当百叶角度与阳光入射角度一致时，可使尽量多的阳光进入室内。同时在阳光过于强烈时，还可以调节百叶角度，减少进入室内的阳光，避免眩光的发生。
本发明采用被切割成条状的晶体硅电池片，具有发电效率高，可见光透过率高，以及视觉效果好的优点，同时具有可在夏季降低太阳得热，冬季实现被动采暖的功能，此外通过合理调节控制通风百叶的角度，可以最大限度的为室内提供照明和通风效果。本发明具有充分利用太阳能光伏光热和自然采光，从而实现节能环保的优点。
Claims (7)
1.一种新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，包括新型光伏玻璃，新型光伏玻璃的上方和下方均设有可调角度通风百叶，新型光伏玻璃内侧设有可开闭内窗；所述可开闭内窗包括窗框和窗叶，窗框和窗叶活动连接；窗框位于新型光伏玻璃和窗叶之间；新型光伏玻璃包括光伏串、两PVB膜和两透明玻璃本体，光伏串设于两PVB膜之间，两透明玻璃本体分别设于两PVB膜外侧；光伏串、两PVB膜和两透明玻璃本体通过层压形成一体式结构；光伏串由条状的晶体硅电池片串联或并联形成，各条状晶体硅电池片等间距设置。
2.根据权利要求1所述的新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，窗叶与新型光伏玻璃平行设置；新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶和新型光伏玻璃均设于同一竖直平面内；新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶和可开闭内窗的窗叶均关闭时，新型光伏玻璃、可调角度通风百叶、可开闭内窗的窗叶、窗框共同形成一个封闭空间。
3.根据权利要求1或2所述的新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，条状的晶体硅电池片由整块的晶体硅电池片切割而成。
4.根据权利要求1或2所述的新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，新型光伏玻璃上设有可视区，光伏串的表面积小于PVB膜的表面积，透明玻璃本体的表面积与PVB膜的表面积相同，光伏串设于可视区外周。
5.根据权利要求4所述的新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，可视区可设于新型光伏玻璃上部、中部或下部。
6.根据权利要求1或2所述的新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗，其特征在于，窗框和窗叶通过转轴活动连接。
7.一种如权利要求1-6任一项所述新型可开闭半透明晶体硅太阳能双层窗的使用方法，其特征在于，包括如下四种工作模式：
（a）夏季晴朗天气下，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启, 可开闭内窗的窗叶关闭，由于可开闭内窗的窗叶与新型光伏玻璃平行，新型光伏玻璃和可开闭内窗的窗叶之间形成通风流道；由于风压和热压的作用，空气从新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶进入，经通风流道后从新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶流出，从而带走光伏玻璃产生的热量，一方面降低光伏玻璃的温度，提高光伏玻璃的发电效率，另一方面可以减少室内得热，降低空调冷负荷；
（b）冬季晴朗天气下，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均关闭，可开闭内窗的窗叶打开；光伏玻璃产生的热量通过辐射和对流向室内传递，从而降低室内热负荷并提高室内舒适度；同时利用光伏玻璃产生的电量和光热产生的热量，从而增加太阳辐射的利用率；
（c）夜晚及冬季阴雨天气，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均关闭, 可开闭内窗的窗叶亦关闭；新型光伏玻璃、可调角度通风百叶、可开闭内窗的窗叶、窗框共同形成的封闭空间也称中间空气层起到热阻的作用，从而减少夏季夜晚向室内传递的热量和冬季夜晚或阴雨天向室外传递的热量，降低室内冷热负荷，减小空调能耗；
（d）过渡季节，新型光伏玻璃上方的可调角度通风百叶、新型光伏玻璃下方的可调角度通风百叶均开启, 可开闭内窗的窗叶亦开启；过渡季节可以充分利用外界新风为室内通风换气，满足人体热舒适和呼吸新鲜空气的需要。
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